專(zhuān)利名稱(chēng)：在用于加熱液體的設(shè)備中應(yīng)用的加熱元件的制作方法
在用于加熱液體的J殳備中應(yīng)用的加熱元件本發(fā)明涉及一種在用于加熱介質(zhì)、特別是液體的設(shè)備中應(yīng)用的加熱元 件。本發(fā)明還涉及一種用于加熱介質(zhì)、特別是液體的設(shè)備，該設(shè)備設(shè)置有 根據(jù)本發(fā)明的加熱元件。借助于包括軌狀(track-like)電阻器的加熱元件來(lái)加熱液體是眾所 周知的。使電流通過(guò)電阻器傳導(dǎo)以產(chǎn)生熱量，該熱量隨后可以用來(lái)加熱液 體。電阻器在這里通常被設(shè)置為電絕緣基部上的厚膜，電絕緣基部表面通 常由基片形成，基片上設(shè)置有電介質(zhì)。為了^>熱元件的功率密度達(dá)到最 大，重要的是優(yōu)化所述厚膜的拓樸設(shè)計(jì)，其中，總的目的是使印制有厚膜 的表面積達(dá)到最大。然而，設(shè)計(jì)的自由度在這里受限于必須要考慮的多個(gè) 先決條件。首先，厚膜必須被設(shè)計(jì)成使得厚膜的鄰近部分以一定的相互距 離來(lái)設(shè)置，從而能夠防止加熱元件中發(fā)生短路。此外，厚膜的最優(yōu)布局的 設(shè)計(jì)受限于所謂的"電流擁擠"。根據(jù)這種現(xiàn)象，當(dāng)電流流經(jīng)厚膜時(shí)，電流 趨于選擇電阻最小的路徑。尤其是在厚膜中相當(dāng)大的彎曲(curve, bend) 中，電流通常將基本上選擇彎曲的內(nèi)彎而不選擇外彎，由此在內(nèi)彎中將發(fā) 生局部電流密度的顯著增加，其導(dǎo)致在加熱元件中顯著產(chǎn)生局部熱量，由 此加熱元件通常將相對(duì)快地發(fā)生故障。在歐洲專(zhuān)利EP 1 013 148中提供了 對(duì)于該問(wèn)題的解決方案，當(dāng)中描述了改進(jìn)的加熱元件，其中，厚膜包括多 個(gè)分立、延長(zhǎng)電阻器段，這些電阻器段借助于高傳導(dǎo)性橋在其外端相互耦 合。每個(gè)橋在這里由高導(dǎo)電性材料(優(yōu)選地包括銀)來(lái)制造，電流能夠相 對(duì)容易并相對(duì)無(wú)障礙地流過(guò)該高導(dǎo)電性材料。以此方式，可以防止局部電流密度的顯著增加以及相關(guān)聯(lián)的熱量的大量產(chǎn)生。除了在EP 1 013 148 中描述的加熱元件的優(yōu)勢(shì)以外，該加熱元件也有許多缺陷。測(cè)試已經(jīng)表明， 即，在將材料層施加于基片以及相鄰的延長(zhǎng)電阻器段期間或剛剛施加之 后，或者在干燥或烘干所述材料層期間，高傳導(dǎo)性的包括4艮的材料層通常 會(huì)由于內(nèi)聚力而收縮，使得在靠近從基片到延長(zhǎng)電阻器部分的過(guò)渡區(qū)的高 傳導(dǎo)性材料層中產(chǎn)生縫隙，由此高傳導(dǎo)性材料層中的局部電流密度仍然可 以顯著地增加。此外，在這些過(guò)渡區(qū)中將經(jīng)常發(fā)生高傳導(dǎo)性材料層的層厚 度的細(xì)化，其同樣將導(dǎo)致局部電流密度的顯著增加，然而這可以并通常會(huì) 對(duì)加熱元件的壽命帶來(lái)不利影響。本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的加熱元件，利用該元件可以消除上述 缺陷同時(shí)保持現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。為此目的，本發(fā)明提供了一種在前序部分所描述的類(lèi)型的加熱元件，包括不中斷且整體構(gòu)造的軌狀電阻器，其由用于強(qiáng)制傳導(dǎo)電流的第一材 料制造，所述電阻器包括多個(gè)延長(zhǎng)電阻器段以及用于使延長(zhǎng)電阻器段相互 電耦合的至少一個(gè)彎曲電阻器段，其中在加熱元件工作期間，至少一個(gè)彎 曲電阻器段的至少一部分中的局部電流密度基本上高于延長(zhǎng)電阻器段中 的局部電流密度，該至少一個(gè)彎曲電阻器段至少部分地設(shè)置有由第二材料 制造的至少一個(gè)高傳導(dǎo)性材料層，其中第二材料的導(dǎo)電性高于第一材料的 導(dǎo)電性。通過(guò)應(yīng)用連續(xù)且整體構(gòu)造的加熱軌來(lái)代替可以單獨(dú)設(shè)置的多個(gè)分 立的電阻器部分，不再出現(xiàn)AU^長(zhǎng)電阻器段到可能基片的臨界過(guò)渡區(qū)，由 此厚復(fù)基本一致的高傳導(dǎo)性材料層能夠相對(duì)精確和容易地施加到加熱軌。 由于沒(méi)有所述臨界過(guò)渡區(qū)，因此更有可能避免材料層的裂開(kāi)，由此還可以 防止材料層中局部電流密度的顯著增加。通過(guò)將高傳導(dǎo)性材料層施加到至 少一個(gè)彎曲電阻器段的至少一部分，正好可以防止在加熱元件的這些臨界 部分中的電流擁擠。流過(guò)加熱軌的電子最終將選擇高傳導(dǎo)性材料層而不選 擇彎曲電阻器段本身(的內(nèi)彎)。應(yīng)用連續(xù)的加熱軌的另一優(yōu)點(diǎn)在于，在 生產(chǎn)過(guò)程的早期階段，加熱軌就能夠針對(duì)目標(biāo)電阻容差而得到總體測(cè)試， 由此加熱元件故障能夠在相對(duì)早期階段、即在生產(chǎn)過(guò)程完成之前從生產(chǎn)過(guò) 程中檢測(cè)出來(lái)并且被清除，這通常極大地提高了生產(chǎn)過(guò)程的效率。將高傳導(dǎo)性材料施加到至少一個(gè)彎曲電阻器段的至少一部分，導(dǎo)致高 傳導(dǎo)性材料層和彎曲電阻器段中連接到該材料層的一部分構(gòu)成并行電路。 高傳導(dǎo)性材料層在這里優(yōu)選地以基本上薄片狀的方式施加于至少一個(gè)彎 曲電阻器段。軌狀電阻器以及施加于該電阻器的高傳導(dǎo)性材料層的層厚度 可以彼此不同，但是優(yōu)選地約12微米大小。為了使電流最優(yōu)地流入高傳導(dǎo)性材料層，高傳導(dǎo)性材料層優(yōu)選設(shè)置有 相對(duì)寬的流入開(kāi)口。為此目的，高傳導(dǎo)性材料層優(yōu)選地基本上在彎曲電阻 器段的整個(gè)寬度上延伸。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，高傳導(dǎo)性材料層至少施加于彎曲電阻器段中與 延長(zhǎng)電阻器^:相鄰的部分。彎曲電阻器段的這些相鄰部分通常具有相對(duì)小 的曲率半徑，由此在這些部分中電流擁擠的可能性正好相對(duì)較大。在一個(gè) 特定的優(yōu)選實(shí)施例中，高傳導(dǎo)性材料僅施加于彎曲電阻器段中與延長(zhǎng)電阻 器段相鄰的部分。彎曲電阻器段中位于所勤目互鄰近部分之間的部分不再設(shè)置有高傳導(dǎo)性材料層。彎曲電阻器段中與延長(zhǎng)電阻器段相鄰的部分通常 通過(guò)彎曲電阻器段中彎曲較小的或者甚至是線性的部分而彼此分離，由 此，彎曲電阻器段的該中間部分對(duì)于電流擁擠不太關(guān)鍵。將高傳導(dǎo)性材料 層僅應(yīng)用于彎曲電阻器段的(最)關(guān)鍵部分在這里可以節(jié)省材料，這從經(jīng) 濟(jì)角度來(lái)說(shuō)通常是有利的。高傳導(dǎo)性材料層優(yōu)選地包括銀。盡管《W目對(duì)昂 貴，但是銀具有相對(duì)良好的傳導(dǎo)性。通過(guò)將材料層特別選擇性地施加到彎 曲電阻器段，每個(gè)加熱元件中可節(jié)省大量的銀。尤其是在批量生產(chǎn)根據(jù)本 發(fā)明的加熱元件的情況下，可以在確定的時(shí)間段內(nèi)實(shí)現(xiàn)相當(dāng)可觀的材料節(jié) 省，特別是4艮的節(jié)省。根據(jù)本發(fā)明的加熱元件通常包括通過(guò)相應(yīng)的多個(gè)彎曲電阻器段而相 互耦合的多個(gè)延長(zhǎng)電阻器段。為了能夠進(jìn)行軌狀電阻器的設(shè)計(jì)的最優(yōu)化， 延長(zhǎng)電阻器段通?；旧掀叫械囟ㄏ颍⑶覂?yōu)選地彼此橫靠。在這種情況下，彎曲電阻器段必須適于反轉(zhuǎn)電流的方向，即通過(guò)(基本上)180°的角 來(lái)改變電流方向。彎曲電阻器段隨后可被(虛擬地，尤其是功能上)分成 兩個(gè)子段，其中每個(gè)子段適于通過(guò)(基本上)卯。的角來(lái)改變電流的方向。 彎曲小或不彎曲的子段可以可選地設(shè)置在這些子段之間，以便確定相互耦 合的延長(zhǎng)電阻器段之間的相互距離。如前所述，該中間子段沒(méi)有必要一定 設(shè)置有高傳導(dǎo)性材料層。加熱元件通常具有圓形的幾何形狀(從頂部看)。因此，如果延長(zhǎng)電 阻器段4皮設(shè)置為至少部分彎曲的形式，則將是有利的，其中延長(zhǎng)電阻器段 的平均曲率半徑大于彎曲電阻器段的平均曲率半徑。以此方式，延長(zhǎng)電阻 器段可被設(shè)置為基本C-型的形式，其中延長(zhǎng)電阻器段以彼此同心的方式 來(lái)定向。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，軌狀電阻器作為厚膜基本上被施加于電絕緣基 片。所述基片在這里通常由一般設(shè)置在載體上的電介質(zhì)形成。所述電介質(zhì) 在這里優(yōu)選地包括玻璃和/或陶瓷。電介質(zhì)優(yōu)選地在遠(yuǎn)離軌狀電阻器的一 側(cè)設(shè)置有熱傳導(dǎo)支撐結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)選地包括不銹鋼板。通過(guò)由不銹鋼 材料制造該支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)相對(duì)抗腐蝕。支撐結(jié)構(gòu)沒(méi)有必要一定 被設(shè)置在電介質(zhì)之下。通常，支撐結(jié)構(gòu)剛好被設(shè)置在電介質(zhì)之上，其中支 撐結(jié)構(gòu)直M觸液體以便加熱。本發(fā)明還涉及一種用于加熱液體的設(shè)備，該設(shè)備i殳置有根據(jù)本發(fā)明的 至少一個(gè)加熱元件。該設(shè)備在這里還優(yōu)選地包括液體容器，特別是壺。上 述加熱元件的支撐結(jié)構(gòu)在此優(yōu)選構(gòu)成壺壁的一部分。液體因此可以以相對(duì)有效的方式被相對(duì)快地加熱到確定溫度。將在以下附圖中示出的非限制性的示例性實(shí)施例的基礎(chǔ)上對(duì)本發(fā)明進(jìn)行闡述。這里

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的加熱元件的頂視圖；圖2a示出了根據(jù)圖1的加熱元件的細(xì)節(jié)的第一實(shí)施例的頂視圖；圖2b是圖2a所示的細(xì)節(jié)視圖的截面圖；圖3a示出了根據(jù)圖1的加熱元件的細(xì)節(jié)的第二實(shí)施例的頂視圖；圖3b是圖3a所示的細(xì)節(jié)視圖的截面圖；圖4a示出了現(xiàn)有技術(shù)中乂^p的加熱元件的細(xì)節(jié)的頂視圖；圖4b是圖4a所示的細(xì)節(jié)視圖的截面圖；以及圖5示出了設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明的加熱元件的壺的截面圖。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的加熱元件1的頂視圖。加熱元件1包括電介 質(zhì)層2，連續(xù)的(不中斷的)加熱軌3作為厚膜施加于該電介質(zhì)層2。加 熱軌3在這里具有整體的且不中斷的結(jié)構(gòu)。加熱軌3包括多個(gè)延長(zhǎng)電阻器 段4，所述延長(zhǎng)電阻器段4通過(guò)彎曲電阻器段5相互連接。由于加熱軌3 具有不中斷的結(jié)構(gòu)，這種分割相對(duì)于結(jié)構(gòu)屬性來(lái)說(shuō)具有更多的功能性。圖 l所清楚地示出，延長(zhǎng)電阻器段4也具有彎曲的形式，盡管延長(zhǎng)電阻器段 4的曲率半徑在此遠(yuǎn)大于彎曲電阻器段5的曲率半徑。延長(zhǎng)電阻器段4以 C-型示出并且基本上彼此同心地定向。為了能夠防止彎曲電阻器段5中的 所謂電流擁擠，這些彎曲電阻器段5在一側(cè)至少部分地設(shè)置有銀，由此作 為高傳導(dǎo)性材料層6。該材料層6的尺寸和設(shè)計(jì)可以適于如圖2a-3b中所 示的加熱軌3的i殳計(jì)。加熱軌3的外端7中每個(gè)都連接到其自身的端子8， 以便將加熱元件1連接到功率源(未示出)。加熱軌3的中央部分具有不 同的布局，不過(guò)每個(gè)相當(dāng)大的彎曲9在此也設(shè)置有4艮材料層10。圖2a示出了才艮據(jù)圖1的加熱元件l的細(xì)節(jié)的第一實(shí)施例的頂視圖。 具體示出的是兩個(gè)基本平行且相鄰定向的延長(zhǎng)電阻器段4的外端，這兩個(gè) 延長(zhǎng)電阻器段4通過(guò)彎曲電阻器段5相互連接。彎曲電阻器段5用于(通 過(guò)180°的角)反轉(zhuǎn)電流的方向。彎曲電阻器段5的整個(gè)上表面(即彎曲 電阻器段5的遠(yuǎn)離電介質(zhì)層2的表面)由銀材料層6覆蓋。清楚地示出， 銀材料層6在電阻器段4、 5的整個(gè)寬度B上延伸。稍小或稍大寬度的銀 材料層6也完全可能足以防止彎曲電阻器段5中的電流擁擠。加熱元件的結(jié)構(gòu)在圖2b所示的截面圖中清楚地示出。彎曲電阻器段5的頂側(cè)由銀 材料層6完全覆蓋。彎曲電阻器段5的厚度di基本上對(duì)應(yīng)于4Mt料層6 的厚度d2，并且通常為幾微米的大小。在電介質(zhì)層2的遠(yuǎn)離加熱軌3的 一側(cè)，，沒(méi)置了不銹鋼板U，使得能夠有效加熱液體，特別是水。圖3a示出了才艮據(jù)圖1的加熱元件l的細(xì)節(jié)的第二實(shí)施例的頂視圖。 在此所示出的示例性實(shí)施例中，盡管是選擇性的，彎曲電阻器段5的上表 面僅僅部分J4A蓋有銀材料層6。僅彎曲電阻器段5的連接到延長(zhǎng)電阻器 段4的兩個(gè)彎曲(非線性)子段12覆蓋有4Mt料層6,而中間(線性) 子段13未被覆蓋。以此方式可以實(shí)現(xiàn)所需銀量上的節(jié)省，而不會(huì)減損應(yīng) 用4Mt料層6將獲得的顯著優(yōu)勢(shì)，特別是從財(cái)務(wù)角度來(lái)看這是有利的。將 實(shí)現(xiàn)的材料節(jié)省還在圖3b中示出。圖4a示出了現(xiàn)有技術(shù)^〉知的加熱元件14的細(xì)節(jié)的頂視圖。加熱元件 14包括彼此間隔一定距離的多個(gè)分立的延長(zhǎng)電阻器段15。延長(zhǎng)電阻器段 15借助于設(shè)置在電阻器段15上的銀橋16以及位于電阻器段15之間的底 層電介質(zhì)17的一部分而相互耦合。然而，由于銀橋16的內(nèi)聚力，通常在 每個(gè)延長(zhǎng)電阻器段15和底層電介質(zhì)17之間的分割線T上或其附近產(chǎn)生 縫隙18，因此在該位置處的有效橋?qū)?bl+b2 )僅是實(shí)際橋?qū)払的一小部分。電流擁擠以;M目關(guān)聯(lián)的熱量的產(chǎn)生因此仍然能夠相對(duì)快速地發(fā)生，這會(huì)大大減小加熱元件14的壽命。而且，從圖4b所示的截面圖可看出，銀 橋16在每個(gè)分割線T的位置(見(jiàn)箭頭D)相對(duì)較細(xì)，這還可顯著增加銀 橋16的電阻，從而大大增加電流擁擠的可能性，因此也是不期望的。可 以認(rèn)為圖4a和4b是EP 1013148中描述的加熱元件的一個(gè)實(shí)施例。圖5示出了穿過(guò)設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明的加熱元件20的壺19的截面圖。 加熱元件20在此可以由圖1所示的加熱元件1形成。加熱元件20包括導(dǎo) 電基板21。在遠(yuǎn)離壺19的一側(cè)，基板21設(shè)置有電介質(zhì)層22，電軌23被 設(shè)置在電介質(zhì)層22上遠(yuǎn)離基tl 21的一側(cè)。為了將基板21電絕緣地安裝 在壺19中，的邊緣嚙合到電絕緣襯墊24上?？蛇x地，例如當(dāng)壺 19的外套由電絕緣材料制造時(shí)，也可省略該絕緣襯墊24?；?1耦合到 地25,以便將壺19中的液體接地。顯然，本發(fā)明不受限于這里所示出和描述的示例性實(shí)施例，然而對(duì)于 本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是不言自明的多種變體有可能落在所附權(quán)利要求 的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在用于加熱介質(zhì)、特別是液體的設(shè)備中應(yīng)用的加熱元件，包括不中斷且整體構(gòu)造的軌狀電阻器，其由用于強(qiáng)制傳導(dǎo)電流的第一材料制造，所述電阻器包括多個(gè)延長(zhǎng)電阻器段以及用于使所述延長(zhǎng)電阻器段相互電耦合的至少一個(gè)彎曲電阻器段，其中在所述加熱元件工作期間，所述至少一個(gè)彎曲電阻器段的至少一部分中的局部電流密度基本上高于所述延長(zhǎng)電阻器段中的局部電流密度，所述至少一個(gè)彎曲電阻器段至少部分地設(shè)置有由第二材料制造的至少一個(gè)高傳導(dǎo)性材料層，其中所述第二材料的導(dǎo)電性高于所述第一材料的導(dǎo)電性。
2. 如權(quán)利要求1所述的加熱元件，其特征在于，所述高傳導(dǎo)性材料 層以基本上薄片狀的方式施加于所述至少一個(gè)彎曲電阻器段。
3. 如權(quán)利要求2所述的加熱元件，其特征在于，所述高傳導(dǎo)性材料 層基本上在所述彎曲電阻器段的整個(gè)寬度上延伸。
4. 如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的加熱元件，其特征在于，所 述高傳導(dǎo)性材料層至少施加于所述彎曲電阻器段中與所述延長(zhǎng)電阻器段 相鄰的部分。
5. 如權(quán)利要求4所述的加熱元件，其特征在于，所述高傳導(dǎo)性材料 層僅施加于所述彎曲電阻器段中與所述延長(zhǎng)電阻器段相鄰的部分。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的加熱元件，其特征在于，所述彎曲電阻 器段中與所述延長(zhǎng)電阻器段相鄰的部分通過(guò)所述彎曲電阻器段中彎曲較 小的部分而彼此分離。
7. 如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的加熱元件，其特征在于，所 述彎曲段用于<絲本上平行定向的延長(zhǎng)電阻器段相互電耦合。
8. 如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的加熱元件，其特征在于，所 ^X長(zhǎng)電阻器段具有至少部分地彎曲的形式，其中所ii^長(zhǎng)電阻器段的平 均曲率半徑大于所述彎曲電阻器段的平均曲率半徑。
9. 如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的加熱元件，其特征在于，所 述高傳導(dǎo)性材料層包括4艮。
10. 如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的加熱元件，其特征在于，所 述軌狀電阻器設(shè)置在基本上電絕緣的基片上。
11. 如權(quán)利要求10所述的加熱元件，其特征在于，所述絕緣基片包括玻璃和/或陶瓷。
12. 如權(quán)利要求10或11所述的加熱元件，其特征在于，所述基片設(shè) 置在傳導(dǎo)性支撐結(jié)構(gòu)上。
13. 如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的加熱元件，其特征在于，所 述支撐結(jié)構(gòu)包括不銹鋼板。
14. 一種用于加熱介質(zhì)、特別是液體的設(shè)備，該設(shè)備設(shè)置有如權(quán)利要 求1-13中的任意一項(xiàng)所述的加熱元件。
15. 如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括壺。
全文摘要
借助于包括軌狀電阻器的加熱元件來(lái)加熱液體是眾所周知的。使電流通過(guò)電阻器傳導(dǎo)以產(chǎn)生熱量，該熱量隨后可以用來(lái)加熱液體。本發(fā)明涉及一種在用于加熱液體的設(shè)備中應(yīng)用的改進(jìn)的加熱元件。本發(fā)明還涉及一種用于加熱液體的設(shè)備，該設(shè)備設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明的加熱元件。
文檔編號(hào)H05B3/26GK101218854SQ200680025367
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月11日
發(fā)明者西蒙·卡斯特拉 申請(qǐng)人:費(fèi)羅技術(shù)控股公司